JP2657058B2 - 磁場により同位体分離を行う装置 - Google Patents
磁場により同位体分離を行う装置Info
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- H01J49/34—Dynamic spectrometers
- H01J49/36—Radio frequency spectrometers, e.g. Bennett-type spectrometers, Redhead-type spectrometers
- H01J49/38—Omegatrons ; using ion cyclotron resonance
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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- B01D59/00—Separation of different isotopes of the same chemical element
- B01D59/44—Separation by mass spectrography
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- Analytical Chemistry (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は磁場による同位体分離又は質量分析のための
装置に関する。この装置は同位体の混合物のイオンの同
位体分離に又は質量分析に適用する。
装置に関する。この装置は同位体の混合物のイオンの同
位体分離に又は質量分析に適用する。
従来の技術 電気磁気効果によつて得られるサイクロトロン共鳴が
最初のサイクロトロンの電子に最初に観察されたことは
知られている。ウラニウムの同位体の一つの濃縮のため
にサイクロトロン共鳴をウラニウムの同位体のイオンに
適用することはマンハツタン計画の場合に使用された。
プラズマ物理学の急速な進歩は、1970年以来フランスに
おいてかつ次にアメリカ合衆国において再び始まつた研
究をもたらし、それは一様な磁場を使用する前記プロセ
スによつて同位体分離装置の構造をテイーアールダブリ
ユー（TRW）社によつてもたらした。この装置は、雑誌
「annales des mines」、1983年２月/3月号、13及び14
ページの「フランスにおけるウラニウム同位体分離の研
究及び発達」（原文フランス語）と題する論文に記載さ
れている。この縦方向に延びる装置による同位体分離は
電磁波及びイオンの間のエネルギー伝達によつて得られ
る。
最初のサイクロトロンの電子に最初に観察されたことは
知られている。ウラニウムの同位体の一つの濃縮のため
にサイクロトロン共鳴をウラニウムの同位体のイオンに
適用することはマンハツタン計画の場合に使用された。
プラズマ物理学の急速な進歩は、1970年以来フランスに
おいてかつ次にアメリカ合衆国において再び始まつた研
究をもたらし、それは一様な磁場を使用する前記プロセ
スによつて同位体分離装置の構造をテイーアールダブリ
ユー（TRW）社によつてもたらした。この装置は、雑誌
「annales des mines」、1983年２月/3月号、13及び14
ページの「フランスにおけるウラニウム同位体分離の研
究及び発達」（原文フランス語）と題する論文に記載さ
れている。この縦方向に延びる装置による同位体分離は
電磁波及びイオンの間のエネルギー伝達によつて得られ
る。
同様のプロセスにおいて、イオンの垂直方向エネルギ
ーは粒子が装置の軸線に沿つて周期的に空間的に変調さ
れている磁場中へ噴射される時に若干の条件下において
観察される共鳴効果の結果として増加される。このよう
なプロセスは特に「Journalde physique lettres」第46
号、1985年８月15日、L745〜L749ページの「周期的磁気
構造における加熱粒子」（原文フランス語）と題する論
文に記載されている。
ーは粒子が装置の軸線に沿つて周期的に空間的に変調さ
れている磁場中へ噴射される時に若干の条件下において
観察される共鳴効果の結果として増加される。このよう
なプロセスは特に「Journalde physique lettres」第46
号、1985年８月15日、L745〜L749ページの「周期的磁気
構造における加熱粒子」（原文フランス語）と題する論
文に記載されている。
粒子が螺旋軌跡を描き、その直径が時間によつて指数
関数的に増加することはこの論文から得られうる。実験
的及び理論的研究は、縦方向エネルギー伝達（軸線方向
場と平行）を横方向エネルギーに対して許す必須の条件
が関係式ＶＯ＝ΩCO（λO/2π）によつて与えられる
パラメータ共鳴条件であることを示しており、上記式に
おいて、ΩCOは、考慮したイオンのサイクロン振動数
（イオンが一回転する時間の逆数）を示す。
関数的に増加することはこの論文から得られうる。実験
的及び理論的研究は、縦方向エネルギー伝達（軸線方向
場と平行）を横方向エネルギーに対して許す必須の条件
が関係式ＶＯ＝ΩCO（λO/2π）によつて与えられる
パラメータ共鳴条件であることを示しており、上記式に
おいて、ΩCOは、考慮したイオンのサイクロン振動数
（イオンが一回転する時間の逆数）を示す。
ＶＯは平均振幅BOを有する変調磁場（軸線方向磁
場）の方向に対して平行な共鳴イオンの平均速度であ
り、 λＯは縦方向（装置の軸線と平行）への磁場の空間的
変調の波長を示す。
場）の方向に対して平行な共鳴イオンの平均速度であ
り、 λＯは縦方向（装置の軸線と平行）への磁場の空間的
変調の波長を示す。
厳格に規則的なかつ円筒状の周期的な磁気構造におい
て、該構造の軸線Ｚに対して平行な磁場BZの形状は例え
ば次式のように書ける。
て、該構造の軸線Ｚに対して平行な磁場BZの形状は例え
ば次式のように書ける。
BZ＝BO（１＋εsinkO・ｚ） 式中、kO＝２π／λＯ この関係式において、前記したようにBOは軸線方向磁
場Bzの平均成分であり、かつεは前記磁場の平均振幅BO
の軸線方向磁場BZの成分の最大変化の半振幅を示す。
場Bzの平均成分であり、かつεは前記磁場の平均振幅BO
の軸線方向磁場BZの成分の最大変化の半振幅を示す。
それ故、kO.z＝１である時、Bzmax＝BO・（１＋ε）
と書くとができる。しかしながら、kO.z＝−１である
時、軸線方向磁場の最小値は Bzmin＝BO・（１−ε）と書かれ得る。
と書くとができる。しかしながら、kO.z＝−１である
時、軸線方向磁場の最小値は Bzmin＝BO・（１−ε）と書かれ得る。
それ故、前記場の平均成分BOの磁場の成分の最大変化
の振幅は ΔＢ＝Bzmax−Bzmin＝２ε.BO の値を有する。
の振幅は ΔＢ＝Bzmax−Bzmin＝２ε.BO の値を有する。
この型の磁気構造は特に「Journal de physiquelettr
es」に記載されているものであり、かつ Δm/m＜ΔB/BO＝２ε （１） であるとき、同位体を分離することを不可能にする。
es」に記載されているものであり、かつ Δm/m＜ΔB/BO＝２ε （１） であるとき、同位体を分離することを不可能にする。
この関係式において、Δｍ＝m1−m2は混合物の二つの
同位体の質量m1及びm2の差を示し、ｍはｍ＝（m1＋m2）
/2であるとき混合物の二つの同位体の平均質量である。
関係式（１）が満足される時、磁場中の共鳴同位体の加
熱は正しい同位体分離を期待するには不充分である。
同位体の質量m1及びm2の差を示し、ｍはｍ＝（m1＋m2）
/2であるとき混合物の二つの同位体の平均質量である。
関係式（１）が満足される時、磁場中の共鳴同位体の加
熱は正しい同位体分離を期待するには不充分である。
「Journal de physique lettres」誌は、半径Ｒの空
間的軌跡を描きかつ「ラーモア半径」と呼ばれる共鳴イ
オンに対してラーモア半径の増加に考慮が全体的に払わ
れていないことを示している。例えば、これは「Procee
dings contributed papers」、II巻、プラズマに関する
国際会議、ローザンヌ、1984年６月27日〜７月３日、36
5ページに記載されている装置の場合である。緊密な円
筒状の包囲体中でその軸線に沿つて、前記装置は、イオ
ン又はプラズマ源と、包囲体の軸線に沿つて数個の規則
的に離隔された磁気リングを有する規則的な磁気構造と
を有する。
間的軌跡を描きかつ「ラーモア半径」と呼ばれる共鳴イ
オンに対してラーモア半径の増加に考慮が全体的に払わ
れていないことを示している。例えば、これは「Procee
dings contributed papers」、II巻、プラズマに関する
国際会議、ローザンヌ、1984年６月27日〜７月３日、36
5ページに記載されている装置の場合である。緊密な円
筒状の包囲体中でその軸線に沿つて、前記装置は、イオ
ン又はプラズマ源と、包囲体の軸線に沿つて数個の規則
的に離隔された磁気リングを有する規則的な磁気構造と
を有する。
この装置において、磁気リングが包囲体の軸線に沿つ
て規則的に離隔されるとき、ラーモア半径の増加につい
て考慮が払われておらずかつその結果としてイオンの初
期垂直速度について考慮が払われていない。このため、
イオン収集装置をも有していないこの装置は同位体分離
のために使用され得ない。
て規則的に離隔されるとき、ラーモア半径の増加につい
て考慮が払われておらずかつその結果としてイオンの初
期垂直速度について考慮が払われていない。このため、
イオン収集装置をも有していないこの装置は同位体分離
のために使用され得ない。
発明が解決しようとする問題点 本発明の目的はこれらの欠点を取除くことにありかつ
特に磁気組立体が数個の磁気リングによつて又は包囲体
の軸線の回りの螺旋巻線によつて構成され、磁気リング
又は磁気巻線のターン間の間隔の分布がラーモア半径及
び源によつて放出されるイオンの初期垂直速度を考慮す
る所定の法則に従う装置を提供することにある。それ
故、この装置は正しい同位体分離を得ることを可能にす
る。
特に磁気組立体が数個の磁気リングによつて又は包囲体
の軸線の回りの螺旋巻線によつて構成され、磁気リング
又は磁気巻線のターン間の間隔の分布がラーモア半径及
び源によつて放出されるイオンの初期垂直速度を考慮す
る所定の法則に従う装置を提供することにある。それ
故、この装置は正しい同位体分離を得ることを可能にす
る。
問題点を解決するための手段、作用及び効果 本発明は、磁場により同位体分離を行う装置にして、
筒状包囲体と、該筒状包囲体の軸線の上流から下流へ向
かって順次配置された、該筒状包囲体内に配置された種
々の同位体の混合物のイオン源、該イオン源からのイオ
ンを加速するために該イオン源の下流にあって該イオン
源に対面して前記筒状包囲体内に配置された加速格子、
前記混合物の種々の同位体のうちの１種類のイオンをサ
イクロトロン共鳴させるために、前記筒状包囲体を包囲
しており且つ前記加速格子の下流のイオンの通路上に配
置された磁気組立体、該磁気組立体からの共鳴イオンを
収集するために該磁気組立体の下流において前記筒状包
囲体内に配置された共鳴イオン収集組立体、及び該共鳴
イオン収集組立体の下流にあって且つ前記筒状包囲体の
軸線に対して垂直に該筒状包囲体内に配置されていて、
前記共鳴イオン収集組立体で捕捉されなかった非共鳴イ
オンを収集するようになされた収集板とを有し、 前記磁気組立体は複数個の同形の磁気リング、或い
は、円筒形の螺旋状に巻かれた磁気ターンを含み、前記
磁気リング、或いは、前記磁気ターンは、前記筒状包囲
体の軸線をその軸線として有しており、 サイクロトロン共鳴されたイオンは、ラーモア半径と
言われる旋回半径によって定まる円形螺旋を通り抜ける
ようになっており、 前記磁気組立体の２つの前記磁気リング間の間隔、又
は、前記磁気ターンの連続する２つのターン間の間隔は
下記の式によって決定されており、 ここにおいて、 Chは、双曲線余弦を示し、 λ０は、前記軸線に平行な方向の磁場の空間的変調の
波長を示し、 Ｐ（ｚ）は、前記筒状包囲体の軸線上の横座標ｚを取
り囲む２の前記磁気リング間の間隔、又は、前記磁気タ
ーンの連続する２つのターン間の間隔を示し、前記横座
標ｚの原点は、前記イオン源の側部における前記磁気組
立体の一端部によって画定されて且つ前記筒状包囲体の
軸線に垂直な一つの平面が、前記軸線と交差する点であ
り、 Ｖ⊥Ｏは、前記軸線に垂直な方向における共鳴イオン
の所定平均速度を示し、 ＶＯは、前記軸線に平行な方向における共鳴イオン
の所定平均速度を示し、 εは、前記軸線に平行な磁場の成分の最大の変動値
（Bzmax）の半分の振幅を示し、これはほぼ前記磁場の
平均振幅（BO）であり、 KOは、KO＝ΩCO/VＯで定められる定数を示し、 ΩCOは、共鳴イオンのサイクロトロン振動数（イオン
が１回転する時間の逆数）を示す、ことを特徴とする装
置を提供する。
筒状包囲体と、該筒状包囲体の軸線の上流から下流へ向
かって順次配置された、該筒状包囲体内に配置された種
々の同位体の混合物のイオン源、該イオン源からのイオ
ンを加速するために該イオン源の下流にあって該イオン
源に対面して前記筒状包囲体内に配置された加速格子、
前記混合物の種々の同位体のうちの１種類のイオンをサ
イクロトロン共鳴させるために、前記筒状包囲体を包囲
しており且つ前記加速格子の下流のイオンの通路上に配
置された磁気組立体、該磁気組立体からの共鳴イオンを
収集するために該磁気組立体の下流において前記筒状包
囲体内に配置された共鳴イオン収集組立体、及び該共鳴
イオン収集組立体の下流にあって且つ前記筒状包囲体の
軸線に対して垂直に該筒状包囲体内に配置されていて、
前記共鳴イオン収集組立体で捕捉されなかった非共鳴イ
オンを収集するようになされた収集板とを有し、 前記磁気組立体は複数個の同形の磁気リング、或い
は、円筒形の螺旋状に巻かれた磁気ターンを含み、前記
磁気リング、或いは、前記磁気ターンは、前記筒状包囲
体の軸線をその軸線として有しており、 サイクロトロン共鳴されたイオンは、ラーモア半径と
言われる旋回半径によって定まる円形螺旋を通り抜ける
ようになっており、 前記磁気組立体の２つの前記磁気リング間の間隔、又
は、前記磁気ターンの連続する２つのターン間の間隔は
下記の式によって決定されており、 ここにおいて、 Chは、双曲線余弦を示し、 λ０は、前記軸線に平行な方向の磁場の空間的変調の
波長を示し、 Ｐ（ｚ）は、前記筒状包囲体の軸線上の横座標ｚを取
り囲む２の前記磁気リング間の間隔、又は、前記磁気タ
ーンの連続する２つのターン間の間隔を示し、前記横座
標ｚの原点は、前記イオン源の側部における前記磁気組
立体の一端部によって画定されて且つ前記筒状包囲体の
軸線に垂直な一つの平面が、前記軸線と交差する点であ
り、 Ｖ⊥Ｏは、前記軸線に垂直な方向における共鳴イオン
の所定平均速度を示し、 ＶＯは、前記軸線に平行な方向における共鳴イオン
の所定平均速度を示し、 εは、前記軸線に平行な磁場の成分の最大の変動値
（Bzmax）の半分の振幅を示し、これはほぼ前記磁場の
平均振幅（BO）であり、 KOは、KO＝ΩCO/VＯで定められる定数を示し、 ΩCOは、共鳴イオンのサイクロトロン振動数（イオン
が１回転する時間の逆数）を示す、ことを特徴とする装
置を提供する。
別の特徴によれば、共鳴イオン収集組立体は軸線と平
行な板を有し、二つの連続する平行な板は磁気組立体か
らの共鳴イオンの回転半径の二倍に近いがそれにより小
さい距離だけ離隔されている。
行な板を有し、二つの連続する平行な板は磁気組立体か
らの共鳴イオンの回転半径の二倍に近いがそれにより小
さい距離だけ離隔されている。
別の特徴によれば、共鳴イオン収集組立体は包囲体と
同一の軸線を有する同軸状の円筒状管を有し、二つの連
続する管は磁気組立体からの共鳴イオンの回転半径の二
倍に近いがそれより小さい距離だけ離隔されている。
同一の軸線を有する同軸状の円筒状管を有し、二つの連
続する管は磁気組立体からの共鳴イオンの回転半径の二
倍に近いがそれより小さい距離だけ離隔されている。
別の特徴によれば、軸線方向への収集組立体の板又は
管の長さは２π・Ｖ ΩCOに近いがそれより大きく、Ｖ
は磁気組立体から離れる共鳴イオンの速度を示す。
管の長さは２π・Ｖ ΩCOに近いがそれより大きく、Ｖ
は磁気組立体から離れる共鳴イオンの速度を示す。
別の特徴によれば、装置は磁気組立体及び共鳴イオン
収集組立体の間に配置されて共鳴イオンを減速する格子
をも有する。
収集組立体の間に配置されて共鳴イオンを減速する格子
をも有する。
実施例 本発明は本発明による磁場による同位体分離のための
装置を縦断面図で概略的に示す添付図面に関して以下に
より詳細に説明される。
装置を縦断面図で概略的に示す添付図面に関して以下に
より詳細に説明される。
図面に示した装置は、例えば円筒状の緊密な包囲体１
と、該包囲体の軸線ｚの上流から下流へ、同位体混合物
のイオン又はプラズマの源２とを有し、源２は包囲体内
に配置されている。
と、該包囲体の軸線ｚの上流から下流へ、同位体混合物
のイオン又はプラズマの源２とを有し、源２は包囲体内
に配置されている。
装置は源（２）からのイオンを加速するための格子３
をも有する。この格子は前記源（２）の下流において前
記源（２）に面しておりかつ源（２）から来るイオンを
加速する。格子は源（２）からのイオンが陰イオンであ
る場合には図示されない電源によつて正電位V1まで高め
られる。逆に、前記格子は源（２）からのイオンが陽イ
オンであるならば負電位を負わされる。包囲体２は基準
接地Ｍの電位を負わされている。
をも有する。この格子は前記源（２）の下流において前
記源（２）に面しておりかつ源（２）から来るイオンを
加速する。格子は源（２）からのイオンが陰イオンであ
る場合には図示されない電源によつて正電位V1まで高め
られる。逆に、前記格子は源（２）からのイオンが陽イ
オンであるならば負電位を負わされる。包囲体２は基準
接地Ｍの電位を負わされている。
磁気組立体４は包囲体を取囲んでおりかつ既知のよう
に源２からの混合物の同位体の一つからのイオンをサイ
クロトロン共鳴させることを可能にする。この組立体は
加速格子３の下流においてイオンの経路上に配置されて
おりかつ包囲体１を取囲んでいる。磁気組立体は数個の
同一の磁気リング4Aを有している。或いは、この磁気組
立体は、磁気リングではなくて、図面に破断線の形で示
した螺旋巻線のターン4Bによつて随意に構成され得る。
磁気ターンは円筒状の螺旋に従つて巻かれている。リン
グ4A又は磁気ターン4Bは包囲体と同じ軸線を有する。既
知のように、サイクロトロン共鳴したイオンはそれらの
回転半径即ちラーモア半径によつて規定された螺旋軌道
に従う。
に源２からの混合物の同位体の一つからのイオンをサイ
クロトロン共鳴させることを可能にする。この組立体は
加速格子３の下流においてイオンの経路上に配置されて
おりかつ包囲体１を取囲んでいる。磁気組立体は数個の
同一の磁気リング4Aを有している。或いは、この磁気組
立体は、磁気リングではなくて、図面に破断線の形で示
した螺旋巻線のターン4Bによつて随意に構成され得る。
磁気ターンは円筒状の螺旋に従つて巻かれている。リン
グ4A又は磁気ターン4Bは包囲体と同じ軸線を有する。既
知のように、サイクロトロン共鳴したイオンはそれらの
回転半径即ちラーモア半径によつて規定された螺旋軌道
に従う。
また、装置は包囲体の軸線ｚと平行な伝導板によつて
形成された収集組立体６を有する。既知のように、磁気
組立体４の下流において包囲体中に配置されたこの組立
体は磁気組立体４からの共鳴イオンを収集することを可
能にする。陽イオンのために、組立体６の板は図示しな
い電源によつて負電位V2を負わされ得る。逆に、陰イオ
ンのために、平行な板は正電位V2を負わされる。減速格
子７が磁気組立体４及び共鳴イオン収集板６の間に配置
され得る。陽イオンの場合には、減速格子７は図示しな
い電源によつて正電位V3を負わされる。この減速格子は
磁気組立体４からの共鳴イオンが陰イオンである時に負
電位を負わされる。
形成された収集組立体６を有する。既知のように、磁気
組立体４の下流において包囲体中に配置されたこの組立
体は磁気組立体４からの共鳴イオンを収集することを可
能にする。陽イオンのために、組立体６の板は図示しな
い電源によつて負電位V2を負わされ得る。逆に、陰イオ
ンのために、平行な板は正電位V2を負わされる。減速格
子７が磁気組立体４及び共鳴イオン収集板６の間に配置
され得る。陽イオンの場合には、減速格子７は図示しな
い電源によつて正電位V3を負わされる。この減速格子は
磁気組立体４からの共鳴イオンが陰イオンである時に負
電位を負わされる。
最後に、装置は板組立体６の下流において包囲体中に
配置された収集板８を有する。包囲体の軸線ｚに対して
垂直なこの収集板は平行な板６の組立体によつて捕捉さ
れない非共鳴イオンを収集することを可能にする。陰イ
オンの場合に、収集板８は正電位V4まで高められるが、
陽イオンの場合には、板８は負電位に高められる。
配置された収集板８を有する。包囲体の軸線ｚに対して
垂直なこの収集板は平行な板６の組立体によつて捕捉さ
れない非共鳴イオンを収集することを可能にする。陰イ
オンの場合に、収集板８は正電位V4まで高められるが、
陽イオンの場合には、板８は負電位に高められる。
本発明によれば、二つの連続するリング又は磁気構造
４の螺旋巻線の二つの連続するターンの間の間隔Ｐ
（ｚ）が規定される。リング又は螺旋磁気巻線はリング
形状の磁石又は螺旋形状の磁石によつて構成され得る。
これらリング又は前記螺旋巻線は超伝導体磁石又は電磁
コイルによつて構成され得る。
４の螺旋巻線の二つの連続するターンの間の間隔Ｐ
（ｚ）が規定される。リング又は螺旋磁気巻線はリング
形状の磁石又は螺旋形状の磁石によつて構成され得る。
これらリング又は前記螺旋巻線は超伝導体磁石又は電磁
コイルによつて構成され得る。
本発明によれば、二つのリング又は磁気組立体の二つ
の連続するターンの間の間隔Ｐ（ｚ）はもはや一定では
なく、その代わりに可変であり、源（２）からのイオン
の初期垂直速度（Ｖ⊥Ｏ）及び初期平行速度ＶＯの両
方を考慮する変調された磁場を作り、前記間隔Ｐ（ｚ）
は次式によつて与えられる。
の連続するターンの間の間隔Ｐ（ｚ）はもはや一定では
なく、その代わりに可変であり、源（２）からのイオン
の初期垂直速度（Ｖ⊥Ｏ）及び初期平行速度ＶＯの両
方を考慮する変調された磁場を作り、前記間隔Ｐ（ｚ）
は次式によつて与えられる。
Ｐ（ｚ）＝λＯ〔１＋（Ｖ⊥Ｏ/VＯ）２（１−Ch2（ε.kO.z/4））〕＋1/2 式中、Ｐ（ｚ）は包囲体の軸線に沿う縦座標点ｚに対
する二つの連続するターン又は二つのリングの間の間隔
を示す。前記軸線上の横座標ｚの原点は、前記軸線に対
して垂直でありかつ源（２）のその一端において磁気組
立体を規制する平面Ｐと包囲体の軸線との交点にある。
図面にＯによつて示されたこの原点は実際に源２に面す
る磁気組立体４の最初のターン又は最初のリングの面を
通過する平面Ｐと軸線ｚとの交点である。
する二つの連続するターン又は二つのリングの間の間隔
を示す。前記軸線上の横座標ｚの原点は、前記軸線に対
して垂直でありかつ源（２）のその一端において磁気組
立体を規制する平面Ｐと包囲体の軸線との交点にある。
図面にＯによつて示されたこの原点は実際に源２に面す
る磁気組立体４の最初のターン又は最初のリングの面を
通過する平面Ｐと軸線ｚとの交点である。
用語Ｖ⊥Ｏは本発明によれば共鳴イオンの回転半径に
対して垂直な方向（該方向は軸線ｚに対して垂直であ
る）への共鳴イオンの所定の平均速度を示す。
対して垂直な方向（該方向は軸線ｚに対して垂直であ
る）への共鳴イオンの所定の平均速度を示す。
ＶＯは包囲体の軸線ｚに対して平行な方向への共鳴
イオンの所定の平均速度を示す。
イオンの所定の平均速度を示す。
用語ε、kO及びλＯは前記して定義した。
前記した構造を有する磁気組立体によつて、共鳴イオ
ンの加熱が一層効果的になる。
ンの加熱が一層効果的になる。
共鳴イオンを収集することを可能にする収集組立体６
の平行な板は磁気組立体からの共鳴イオンの回転半径の
二倍に近いがそれより小さい距離だけ離隔されている。
このため、共鳴イオンは螺旋を描き、それにより前記イ
オンを板によつて収集又は捕捉するためにそれらは磁気
組立体から去る前記螺旋の直径に近い距離だけ離隔され
ねばならない。収集組立体６は共鳴イオンの回転半径の
二倍に近いがそれより小さい距離だけ離隔された同軸状
の伝導管によつて構成され得る。
の平行な板は磁気組立体からの共鳴イオンの回転半径の
二倍に近いがそれより小さい距離だけ離隔されている。
このため、共鳴イオンは螺旋を描き、それにより前記イ
オンを板によつて収集又は捕捉するためにそれらは磁気
組立体から去る前記螺旋の直径に近い距離だけ離隔され
ねばならない。収集組立体６は共鳴イオンの回転半径の
二倍に近いがそれより小さい距離だけ離隔された同軸状
の伝導管によつて構成され得る。
収集組立体６の板又は同軸状管は装置の分離効果を改
善するために遅延電位を負わされる。これらの板又はこ
れらの伝導管は非常に制限された厚さを有する。
善するために遅延電位を負わされる。これらの板又はこ
れらの伝導管は非常に制限された厚さを有する。
組立体６の板又は同軸状管の長さｌは２π・Ｖ ／Ω
COに近く、Ｖ は磁気組立体４を去る共鳴イオンの速度
を示す。それ故、前記長さが前記値より小さいならば、
若干の共鳴イオンは組立体６の板又は同軸状管によつて
収集されことがある。
COに近く、Ｖ は磁気組立体４を去る共鳴イオンの速度
を示す。それ故、前記長さが前記値より小さいならば、
若干の共鳴イオンは組立体６の板又は同軸状管によつて
収集されことがある。
非共鳴イオンは板又は同軸状管の組立体６を通過しか
つ板８上に収集され、板８は包囲体の軸線ｚに対して垂
直にありかつそれ故組立体４によつて発生される磁場に
対して垂直にある。収集組立体６の全ての板又は同軸状
管は微粉化現象を最小限にするためにカーボンから作ら
れることができかつ収集された共鳴イオンの良好な付着
を保証することを可能にする温度まで高められ得る。
つ板８上に収集され、板８は包囲体の軸線ｚに対して垂
直にありかつそれ故組立体４によつて発生される磁場に
対して垂直にある。収集組立体６の全ての板又は同軸状
管は微粉化現象を最小限にするためにカーボンから作ら
れることができかつ収集された共鳴イオンの良好な付着
を保証することを可能にする温度まで高められ得る。
また、装置は質量分析を実施することを可能にする。
この場合、二つの連続する同軸状管の間又は二つの板の
間に現れる信号は収集され、増幅されかつ次に既知の方
法に従つてフーリエ級数で分析される。
この場合、二つの連続する同軸状管の間又は二つの板の
間に現れる信号は収集され、増幅されかつ次に既知の方
法に従つてフーリエ級数で分析される。
応用例において、装置はアルゴンの同位体36Ar及び40
Arの単荷電イオンの分離に使用され得る。イオン36Arに
対して、ＶＯ＝20,000m/s及びＶ⊥Ｏ＝2,000m/sであ
るが、40Arのイオンに対して、ＶＯ＝18970m/s及びＶ
⊥Ｏ＝1897m/sである。
Arの単荷電イオンの分離に使用され得る。イオン36Arに
対して、ＶＯ＝20,000m/s及びＶ⊥Ｏ＝2,000m/sであ
るが、40Arのイオンに対して、ＶＯ＝18970m/s及びＶ
⊥Ｏ＝1897m/sである。
これらのイオンは1012cm-3に近いイオン密度を有しか
つkO＝62.84m-1及び＝0.15であるように磁気組立体を貫
通する。約1.50及び約15ターンの移動後、共鳴イオンの
回転半径は約17のフアクターだけ増加が、非共鳴イオン
の回転半径は平均で２のフアクターだけ増加するだけで
ある。サイクロトロン脈動は200kHzの周波数及び0.47テ
スラの平均磁場値に対応して12.56・105rd/sの値を有す
る。
つkO＝62.84m-1及び＝0.15であるように磁気組立体を貫
通する。約1.50及び約15ターンの移動後、共鳴イオンの
回転半径は約17のフアクターだけ増加が、非共鳴イオン
の回転半径は平均で２のフアクターだけ増加するだけで
ある。サイクロトロン脈動は200kHzの周波数及び0.47テ
スラの平均磁場値に対応して12.56・105rd/sの値を有す
る。
これらの値によつて、アルゴン40のモル分率に対する
アルゴン36のモル分率の比は約8.5であるが、初期濃度
の比は0.0034/0.9966〜3.4・10-3即ち約10の純粋に幾何
学的な分離フアクターである。この分離フアクターは組
立体６の収集管又は板に遅延電位を印加することによつ
て５のフアクターまで改善され得る。
アルゴン36のモル分率の比は約8.5であるが、初期濃度
の比は0.0034/0.9966〜3.4・10-3即ち約10の純粋に幾何
学的な分離フアクターである。この分離フアクターは組
立体６の収集管又は板に遅延電位を印加することによつ
て５のフアクターまで改善され得る。
別の応用例において、装置はカリウムの同位体K39及
びK41の単荷電イオンの分離に使用され得る。K41のイオ
ンに対して、ＶＯ＝18790m/s及びＶ⊥Ｏ＝1879m/sで
あるが、K39のイオンに対して、ＶＯ＝19260m/s及び
Ｖ⊥Ｏ＝1926m/sである。これらのイオンはkO＝62.62m
-1及び＝0.075であるように磁気組立体を貫通する。約
2.8m及び28ターンの移動後、共鳴イオンの回転半径は６
のフアクターだけ増加する。サイクロトロン脈動は187k
Hzの周波数及び0.5テスラの平均磁場値に対応して1.176
・106rd/sの値を有する。純粋に幾何学的な分離フアク
ターは約６である。
びK41の単荷電イオンの分離に使用され得る。K41のイオ
ンに対して、ＶＯ＝18790m/s及びＶ⊥Ｏ＝1879m/sで
あるが、K39のイオンに対して、ＶＯ＝19260m/s及び
Ｖ⊥Ｏ＝1926m/sである。これらのイオンはkO＝62.62m
-1及び＝0.075であるように磁気組立体を貫通する。約
2.8m及び28ターンの移動後、共鳴イオンの回転半径は６
のフアクターだけ増加する。サイクロトロン脈動は187k
Hzの周波数及び0.5テスラの平均磁場値に対応して1.176
・106rd/sの値を有する。純粋に幾何学的な分離フアク
ターは約６である。
図面は本発明による磁場による同位体分離のための装置
の縦断面図概略図である。 １……包囲体、２……源、３……格子、４……磁気組立
体、６……収集組立体、７……減速格子、８……収集
板。
の縦断面図概略図である。 １……包囲体、２……源、３……格子、４……磁気組立
体、６……収集組立体、７……減速格子、８……収集
板。
Claims (5)
- 【請求項１】磁場により同位体分離を行う装置にして、
筒状包囲体と、該筒状包囲体の軸線の上流から下流へ向
かって順次配置された、該筒状包囲体内に配置された種
々の同位体の混合物のイオン源、該イオン源からのイオ
ンを加速するために該イオン源の下流にあって該イオン
源に対面して前記筒状包囲体内に配置された加速格子、
前記混合物の種々の同位体のうちの１種類のイオンをサ
イクロトロン共鳴させるために前記筒状包囲体を包囲し
ており且つ前記加速格子の下流のイオンの通路上に配置
された磁気組立体、該磁気組立体からの共鳴イオンを収
集するために該磁気組立体の下流において前記筒状包囲
体内に配置された共鳴イオン収集組立体、及び該共鳴イ
オン収集組立体の下流にあって且つ前記筒状包囲体の軸
線に対して垂直に該筒状包囲体内に配置されていて、前
記共鳴イオン収集組立体で捕捉されなかった非共鳴イオ
ンを収集するようになされた収集板とを有し、 前記磁気組立体は複数個の同形の磁気リング、或いは、
円筒形の螺旋状に巻かれた磁気ターンを含み、前記磁気
リング、或いは、前記磁気ターンは、前記筒状包囲体の
軸線をその軸線として有しており、 サイクロトロン共鳴されたイオンは、ラーモア半径と言
われる旋回半径によって定まる円形螺旋を通り抜けるよ
うになっており、 前記磁気組立体の２つの前記磁気リング間の間隔、又
は、前記磁気ターンの連続する２つのターン間の間隔は
下記の式によって決定されており、 ここにおいて、 Chは、双曲線余弦を示し、 λ０は、前記軸線に平行な方向の磁場の空間的変調の波
長を示し、 Ｐ（ｚ）は、前記筒状包囲体の軸線上の横座標ｚを取り
囲む２つの前記磁気リング間の間隔、又は、前記磁気タ
ーンの連続する２つのターン間の間隔を示し、前記横座
標ｚの原点は、前記イオン源の側部における前記磁気組
立体の一端部によって画定されて且つ前記筒状包囲体の
軸線に垂直な一つの平面が、前記軸線と交叉する点であ
り、 Ｖ⊥Ｏは、前記軸線に垂直な方向における共鳴イオンの
所定平均速度を示し、 ＶＯは、前記軸線に平行な方向における共鳴イオンの
所定平均速度を示し、 εは、前記軸線に平行な磁場の成分の最大の変動値（B
zmax）の半分の振幅を示し、これはほぼ前記磁場の平均
振幅（BO）であり、 KOは、KO＝ΩCO/VＯで定められる定数を示し、 ΩCOは、共鳴イオンのサイクロトロン振動数（イオンが
１回転する時間の逆数）を示す、ことを特徴とする装
置。 - 【請求項２】前記共鳴イオン収集組立体が、前記軸線に
平行な複数の板を含み、２つの隣接する該板は、前記磁
気組立体からの共鳴イオンの旋回半径の２倍に近いが、
これよりも小さい距離だけ隔置されている、特許請求の
範囲第１項記載の装置。 - 【請求項３】前記共鳴イオン収集組立体が、前記筒状包
囲体の軸線と同じ軸線を有する複数の同軸円筒形管を含
み、２つの隣接する該管は、前記磁気組立体からの共鳴
イオンの旋回半径の２倍に近いが、これよりも小さい距
離だけ隔置されている、特許請求の範囲第１項記載の装
置。 - 【請求項４】前記イオン収集組立体の前記板、又は前記
管の、前記軸線方向における長さが、２π・Ｖ ／ΩCO
に近いが、これよりも大きくされており、ここでＶ は
前記磁気組立体から離れる共鳴イオンの速度を示す、特
許請求の範囲第２項又は第３項記載の装置。 - 【請求項５】前記磁気組立体と前記共鳴イオン収集組立
体との間に配置されて、共鳴イオンを減速するための格
子を備えた、特許請求の範囲第１項記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8605595 | 1986-04-18 | ||
| FR8605595A FR2597364B1 (fr) | 1986-04-18 | 1986-04-18 | Dispositif de separation isotopique ou d'analyse de masses, par un champ magnetique. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62256354A JPS62256354A (ja) | 1987-11-09 |
| JP2657058B2 true JP2657058B2 (ja) | 1997-09-24 |
Family
ID=9334374
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62095006A Expired - Lifetime JP2657058B2 (ja) | 1986-04-18 | 1987-04-17 | 磁場により同位体分離を行う装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4757203A (ja) |
| EP (1) | EP0244297B1 (ja) |
| JP (1) | JP2657058B2 (ja) |
| DE (1) | DE3761736D1 (ja) |
| FR (1) | FR2597364B1 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4845364A (en) * | 1988-02-29 | 1989-07-04 | Battelle Memorial Institute | Coaxial reentrant ion source for surface mass spectroscopy |
| JP2671744B2 (ja) * | 1993-04-15 | 1997-10-29 | 動力炉・核燃料開発事業団 | 光化学的選択効果によるウラン同位体の濃縮方法 |
| WO1997020620A1 (en) * | 1995-12-07 | 1997-06-12 | The Regents Of The University Of California | Improvements in method and apparatus for isotope enhancement in a plasma apparatus |
| DE69806730T2 (de) * | 1997-02-25 | 2002-11-28 | British Nuclear Fuels Plc, Risley Warrington | Verfahren und vorrichtung zur trennung und/oder zum sammeln von ionisierten spezies |
| WO2000056428A2 (en) * | 1999-03-24 | 2000-09-28 | The Regents Of The University Of Michigan | Method for laser induced isotope enrichment |
| US20070095726A1 (en) * | 2005-10-28 | 2007-05-03 | Tihiro Ohkawa | Chafftron |
| US10126280B2 (en) * | 2014-10-17 | 2018-11-13 | The Trustees of Princeton University, Office of Technology and Trademark Licensing | Device and method for testing underground argon |
| WO2019157157A1 (en) * | 2018-02-07 | 2019-08-15 | Orler Anthony J | Electromagnetic fluid separation and combination |
| US10974977B2 (en) | 2018-02-07 | 2021-04-13 | Anthony J. Orler | Electromagnetic fluid separation and combination |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4066893A (en) * | 1975-03-27 | 1978-01-03 | Trw Inc. | Isotope separation by ion waves |
| US4059761A (en) * | 1975-03-27 | 1977-11-22 | Trw Inc. | Separation of isotopes by time of flight |
| JPS60500200A (ja) * | 1983-01-13 | 1985-02-21 | テイア−ルダブリユ− インコ−ポレ−テツド | 同位体濃縮装置 |
-
1986
- 1986-04-18 FR FR8605595A patent/FR2597364B1/fr not_active Expired
-
1987
- 1987-04-16 EP EP87400880A patent/EP0244297B1/fr not_active Expired - Lifetime
- 1987-04-16 DE DE8787400880T patent/DE3761736D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1987-04-17 JP JP62095006A patent/JP2657058B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1987-04-20 US US07/039,917 patent/US4757203A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2597364A1 (fr) | 1987-10-23 |
| DE3761736D1 (de) | 1990-03-29 |
| JPS62256354A (ja) | 1987-11-09 |
| EP0244297B1 (fr) | 1990-02-21 |
| EP0244297A1 (fr) | 1987-11-04 |
| FR2597364B1 (fr) | 1988-06-10 |
| US4757203A (en) | 1988-07-12 |
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